关于某住宅楼不均匀沉降分析

陈雪清

（福建岩土工程勘察研究院有限公司厦门分公司）

1 工程概况

该住宅楼位于厦门市集美杏林杏滨路，建筑面积为1267m2，建筑物长度30.9m，宽为8m，层高为3m，为5层的小型砌块建筑，其平面见图1。该房屋坐落在软弱土地基上，设计采用不埋式板基础，于当年3月开工，8月完工，历时仅5个月。竣工验收时，房屋两端3～5层的纵墙上有正八字细裂缝出现，逐设点观测。当年9月22日至次年元月5日共进行量测4次，除证实了建筑物纵向有明显锅底状变形外，还发现房屋往南倾斜，板基南面比北面累计平均多沉降了4.24cm。后因人为原因，未能长期监测。竣工9年后复查，发现该住宅横向往南最大倾斜达10.8cm，已超过《危险房屋鉴定标准》（CJ13-86）第2.5.14条，关于建筑物墙体的最大倾斜不得超过墙体总高度0.7%的限值；且房屋两断的各层纵墙上正八字裂缝发展较快，顶层D轴线纵墙上的最大裂缝已达6mm。但该房屋四大角、中部及楼梯间设有构造柱，并层层均有圈梁拉通，顶层圈梁虽多处被拉断，破坏仍不算严重。因此，决定进行加固处理。

图1 住宅平面及桩位图

2 工程地质

本工程在加固时，又进行了一次钻探，其地质情况大致如下：

（1）填土：为棕红色红粘土回填，呈软塑状。其面层厚0.3～0.6m，为杂填土，含有不均匀杂乱分布的碎石、石块和碎砖等，下层厚0.8～1.7m为素填土。该层平均厚为1.6m。

（2）粉土：灰黄色，结构松散，呈软塑状，含有机质，层厚1.2～2.1m，平均厚1.7m。

（3）粘土：褐色，呈可塑——软塑状态，层厚2.0～3.8m，平均厚3.0m。

（4）红粘土：棕红色，结构致密，呈硬塑状态，层厚1.6～2.8m，平均层厚2.2m。

（5）砂卵石层：结构紧密，整体性好，层厚2.2～4.5m，平均厚3.3m。本层以下即为基岩。

3 事故分析

（1）住宅南面地基长期被水浸泡。不埋式板基础持力层为填土层，在施工中遇雨使土壤含水量过多，未经翻晒就进行碾压，曾形成橡皮土。后虽在面层加石块、碎砖碾压，但质量未能达到设计要求。填土层下②、③软弱土层，分布不均匀，厚度差异大，结构松散，土质较弱，属高压缩性土层。加上建筑物南面中部橱厕下水道渗漏，其室外水沟（25～40cm深）较浅，长期又被淤泥堆积堵塞，排水不畅，使附近板基下软土层长期被浸泡，更增加土层的压缩性；而建筑物北面临道路的水沟深达2.0m，其地下水位比南面相对较低（加固凿开板基也证实这一情况），土较干燥，压缩性也较小。因此，地基产生了不均匀沉降。

（2）形心与重心偏差大。住宅设计中基础板四周的外扩长度，未能按调整板基形心与上部结构荷载合力点相重合的计算方法来确定，在B和D轴线均往外扩长1.6m，房屋两端扩长1.5m.。从住宅平面横向布置分析，不难看出荷载偏重于南面，各层荷载较重的橱厕、楼梯间及屋顶水箱均布置在中心线南侧，计算得横向偏心距达12.1cm，上部结构总荷载15378kN，基础自重3307kN，偏心力距为1861kN·m，致使建筑物向便重的南面倾斜。从住宅平面纵向布置分析，两端板基外扩较长，其上部荷载偏小；而中部扩长板基上，尚有楼梯间和底层阳台等荷载，地基压应力比两端大，在板基厚仅25cm、刚度教差的情况下，建筑物纵向会产生锅底状不均匀沉降。

（3）房屋整体刚度较差，施工速度过快。该建筑物的长高比L/H=2.05﹤2.5，当房屋整体刚度好时，一般不会产生裂缝。但从住宅平面可看到，其两外纵墙所开门窗洞口过多，又无直连通的内纵墙，因而整体刚度欠佳，对不均匀沉降调节能力差；加上该房屋施工速度过快。一般经验，对高压缩土在施工期间，沉降约完成沉降量15～20%。施工加荷过速，使砌筑过程中释放大部分变形能量；还有小砌块砌体的抗剪能力比粘土砖又低近两倍。因此，导致房屋墙体开裂更为严重。

4 加固设计

综上所述，造成住宅产生横向倾斜、纵向锅底状不均匀沉降的主要原因是：板基下软土层局部被水浸泡，及上部结构荷载的合力点与板基形心不重合而产生较大偏心力矩而造成。针对这些原因，除需清理水沟及修补有渗漏的下水道，使水流畅，避免水向板基渗透外，决定采用在板基内压入少量钢筋混凝土桩，使之形成疏桩基础，来进行纠偏。疏桩基础中桩与桩间土工作，主要有如下特点：

（1）疏桩基础需桩数比一般常规桩基要少，当桩距大于6d（桩径）且桩径小时，形不成群桩块体基础，因而桩承载力可不考虑群桩效应，即单桩承载力之和就是桩的总承载力。

（2）为了使桩与板基共同工作，要求桩间土与板基不能脱空，即桩的沉降量不能小于板基的沉降量。因此，要求持力层不一定坚硬，需使桩有足够的刺入量。一般这种桩是摩擦桩，只要桩距足够大，即可不考虑它们之间的相互影响。

（3）当板基产生一定沉降时，桩应能充分发挥并开始始终保持其全部极限承载力，能分担板基部分荷载，并把它传到深层较好的土层中去，起到应力扩散作用，从而能有效地减少地基的沉降量。

将上述特点，应用到加固工程设计中，具体实施方法如下：

（1）在板基内布桩时，桩数与桩径要疏而小，使压入桩的总承载力即为单桩承载力之和。并且，桩在荷载便重的板基中部及南面多设，压桩力也是中部大两端小；要通过试算来选择恰当的偏心距，使压入桩的反力距，尽量与上部结构荷载偏心力矩相等。本住宅板基加固，我们仅选择了21根桩，压桩力两端及中部分别为250kN及300kN，总压桩力为5.9×103kN，是上部结构荷载的38.3%，布桩位置见图1，这里仅计算压入桩的横向偏心距及偏心反力距。

偏心距：

y=（1200×2.3+1600×2.7+600×5.2）/5900+（300×5.5+2200×8.5）/5900=5.18m

e=11÷2-5.18=0.32m

偏心反力距：

M=5900×0.32=1888kN.m＞1881kN·m

即与上部荷载偏心造成的力矩很接近。

（2）从地基容许承载力验算可知，对板基下持力土层及软弱下卧层的承载力均可满足设计要求，唯板基底面地基的平均压力P=50.1kPa，虽小于地基容许承载力f=60kPa，但考虑到地基压力不均衡性，实际富余并不多；加上住宅竣工已使用9年，板基下杂填土已固结，沉降量不会很大。因此，压入桩应采取预压再封顶施工。这时，由于总压桩力占上部结构荷载比例不大，既不会造成板基与桩间土脱空而影响桩土共同工作，又可使桩不必在等待板基产生一定沉降后才参与工作。桩一封顶就能始终保持达到压桩力，立即能分担板基上部部分荷载，传入深层红粘土层中去，板基下地基压力减少12.7～18.2kPa，从而使地基压缩变形减少。

5 施工方法

本工程采用住宅底层开墙洞，在洞口上增设承顶梁，利用上部结构自重压桩的一种方法。工程中使用了21根桩，压入室内地坪下总长148m，其具体施工程序如下：

（1）构件制作。构件有3种：承顶梁长1.0m，截面190mm×250mm，短挑梁长0.4m，截面同承顶梁；短桩截面为200mm×200mm，除有桩靴的头节桩长1.5m外，其余均为1.0m，接桩采用头连接。

（2）安装承顶梁。在住宅底层桩位处扒开墙0.8m×1.8mm的缺口，安装承顶梁，并在梁面上用M10早强砂浆砌两皮K4的实心砌块。

（3）凿桩位孔。在桩位孔处将板基凿开500mm×500mm孔洞，坑深要求50cm，并将板基下孔周边各再扩宽10cm。在影响压桩的原板基配筋处，应从中烧断，扳弯后绕过桩位外，再用短筋接长焊接。坑底扩宽部分也应先放入812，绑扎成井字筋备用。

（4）压桩。采用千斤顶加工具垫块进行压桩。压桩时，不宜中途停歇，否则因间歇时间过长，使压桩阻力增大，难以压入。用压桩力及压入深度双控制来保证压桩质量。当压桩满足压桩力时，要查明是否碰到障碍物，必要时需进行补桩处理；当桩压入红粘土持力层而未达到压桩力时，采用增加压入桩长度，直至满足双控制标准为止。

压桩顺序：先压住宅南面楼梯间及中部9根桩，其次压北面中部的4跟桩，最后再压两端的8根桩。这样可以避免板基南面及中部沉降，促进北面及两端的板基在压桩前下沉，从而达到纠偏的目的。

（5）封顶。当桩加荷压到标准后，安装上桩顶短挑梁，在压桩力不变的情况下再维持10min，作为提高桩尖段摩阻力和对桩尖嵌入深度的补偿。然后，在千斤顶两侧，用2根工字钢（或钢管）支杂桩顶短挑梁上，顶住承顶梁，并同时打紧钢楔，只要转移10%荷载，就能有效的阻止桩的回弹，使桩立即参加工作。接着，将板基处桩身凿毛，清洗桩位孔浮渣，浇C25微膨胀混凝土，在墙两侧立模用C15混凝土灌满，封顶即告结束。

6 结语

（1）基础加固前后测量结果显示，板基南面B轴线上，几乎没有再发生沉降。而北面C轴线上平均沉降量为37.7mm，板基东、西两端平均沉降量分别为30.4mm，及29.3mm。该建筑物横向往南倾斜已减少到61mm，加固后是内原裂缝作过修补，一年后回访未发现异常，说明加固措施是有效的。

（2）在软弱土地基上的基础设计，有时不能采用天然地基牵地基方案，其原因并不是天然地基强度明显不足，而是由于天然地基会产生过大沉降的缘故。因此设计时不应忽略计算沉降量，并应注意加强房屋的整体刚度；特别对上部结构荷载合力作用点与基础平面形心不重合而产生偏心距时，在设计上地基承载力不宜用足。而且，一定要采取切实可行的措施，来避免导致建筑物倾斜的现象发生。

（3）对软弱土地基不埋式板基的不均匀沉降事故，用本文介绍的压入桩来承担上部荷载30～70%，使之形成疏桩基础的加固纠偏方案，对控制板基不均匀沉降有显著效果。施工方法简单，安全经济，质量可开，可在不搬迁的情况下进行工程处理，是行之有效的方法之一，有一定的推广价值。

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